(57)【要約】【課題】校正対象物の距離に依存して受信信号が飽和することを回避しつつ超音波素子の共振周波数の変動を補償し得る駆動周波数を設定可能な超音波センサを提供する。【解決手段】本発明の超音波センサは、超音波素子（１２）、超音波素子に送信信号を供給する送信手段（２０、３１）、超音波素子から供給される受信信号を検出する受信手段（２１〜２５、３２）、距離算出手段（３２）、送信手段の駆動周波数の校正時に複数個の周波数のうち測定対象物より近距離に位置する校正対象物からの反射波に対応する受信信号の強度を最大化する駆動周波数を決定して送信手段に対して設定する校正制御手段（３３）を備える。受信手段は複数個の増幅率を選択的に設定可能な受信増幅回路（２１）を含み、複数個の増幅率のうち校正対象物からの反射波に対応する受信信号が非飽和となる範囲内の増幅率を判別し、それを受信増幅回路に設定した状態で駆動周波数が決定される。【選択図】図２
2013221755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号を超音波に変換して送波するとともに前記超音波の反射波を受波して受信信号に変換する超音波素子と、
所定の駆動周波数で駆動される前記送信信号を生成して前記超音波素子に供給する送信手段と、
測定対象物の検出範囲に応じて予め設定された第１の時間範囲内において、前記超音波素子から供給される前記受信信号の有無を検出する受信手段と、
前記送信信号を生成してから前記受信信号を検出するまでの時間に基づいて前記測定対象物までの距離を算出する距離算出手段と、
前記駆動周波数の校正時に、前記超音波素子の共振周波数の想定される変化範囲内から選択された複数個の周波数のうち、前記測定対象物より近距離に位置する校正対象物からの反射波に対応する前記受信信号の強度を最大化する駆動周波数を決定し、前記送信手段に対して前記決定された駆動周波数を設定する校正制御手段と、
を備え、
前記受信手段は、予め設定された複数個の増幅率を選択的に設定可能な受信増幅回路を含み、
前記校正制御手段は、前記複数個の増幅率のうち、前記校正対象物からの反射波に対応する受信信号が非飽和となる範囲内の増幅率を判別し、当該判別された増幅率を前記受信増幅回路に設定した状態で前記駆動周波数を決定することを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
送信信号を超音波に変換して送波する送波用超音波素子と、
超音波を受波して受信信号に変換する受波用超音波素子と、
所定の駆動周波数で駆動される前記送信信号を生成して前記送波用超音波素子に供給する送信手段と、
測定対象物の検出範囲に応じて予め設定された第１の時間範囲内において、前記受波用超音波素子から供給される前記受信信号の有無を検出する受信手段と、
前記送信信号を生成してから前記受信信号を検出するまでの時間に基づいて前記測定対象物までの距離を算出する距離算出手段と、
前記駆動周波数の校正時に、前記送波用超音波素子の共振周波数の想定される変化範囲内から選択された複数個の周波数のうち、前記測定対象物より近距離に位置する校正対象物からの反射波、又は前記送波用超音波素子から前記受波用超音波素子への直達波に対応する前記受信信号の強度を最大化する駆動周波数を決定し、前記送信手段に対して前記決定された駆動周波数を設定する校正制御手段と、
を備え、
前記受信手段は、予め設定された複数個の増幅率を選択的に設定可能な受信増幅回路を含み、
前記校正制御手段は、前記複数個の増幅率のうち、前記校正対象物からの反射波又は前記直達波に対応する受信信号が非飽和となる範囲内の増幅率を判別し、当該判別された増幅率を前記受信増幅回路に設定した状態で前記駆動周波数を決定することを特徴とする超音波センサ。
【請求項３】
前記超音波センサを収容する筐体を備え、当該筐体を前記校正対象物として用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波センサ。
【請求項４】
前記複数個の増幅率は、前記受信増幅回路の利得を可変することにより設定されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波センサ。
【請求項５】
前記複数個の増幅率は、前記受信増幅回路の出力段に接続された可変減衰器の減衰率を可変することにより設定されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波センサ。
【請求項６】
前記受信手段は、前記校正対象物からの反射波又は前記直達波の受信範囲に応じて予め設定された第２の時間範囲内における前記受信信号の強度のピークを検出するピーク検出回路を含み、
前記制御手段は、前記駆動周波数の校正時に、前記複数個の周波数に対応する複数のピークのうち最大のピークが得られる駆動周波数を前記送信手段の駆動周波数として設定することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の超音波センサ。
【請求項７】
前記校正制御手段は、通常の測定時に前記測定対象物までの距離を算出する際、前記第２の時間範囲内における前記受信信号の強度をマスキングすることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の超音波センサ。
【請求項８】
超音波センサの校正方法であって、
所定の周波数範囲内の複数個の周波数のそれぞれで駆動される送信信号を超音波素子により超音波に変換して送波するステップと、
前記超音波の反射波を前記超音波素子により受波して受信信号に変換し、測定対象物より近距離に位置する校正対象物からの反射波に対応する前記受信信号が存在する所定の時間範囲内で前記受信信号の強度を検出するステップと、
予め設定された複数個の増幅率のそれぞれで増幅される前記受信信号が非飽和となる範囲内の増幅率を判別し、前記複数個の駆動周波数のうち、前記判別された増幅率で増幅される前記受信信号の強度が最大となる駆動周波数を決定し、通常の測定時に前記送信信号に対し前記決定された駆動周波数を設定するステップと、
を含むことを特徴とする超音波センサの校正方法。
【請求項９】
超音波センサの校正方法であって、
所定の周波数範囲内の複数個の周波数のそれぞれで駆動される送信信号を送波用超音波素子により超音波に変換して送波するステップと、
前記超音波の反射波を受波用超音波素子により受波して受信信号に変換し、測定対象物より近距離に位置する校正対象物からの反射波に対応する前記受信信号、又は前記送波用超音波素子から前記受波用超音波素子への直達波に対応する前記受信信号が存在する所定の時間範囲内で前記受信信号の強度を検出するステップと、
予め設定された複数個の増幅率のそれぞれで増幅される前記受信信号が非飽和となる範囲内の増幅率を判別し、前記複数個の駆動周波数のうち、前記判別された増幅率で増幅される前記受信信号の強度が最大となる駆動周波数を決定し、通常の測定時に前記送信信号に対し前記決定された駆動周波数を設定するステップと、
を含むことを特徴とする超音波センサの校正方法。
【請求項１０】
前記駆動周波数を設定するステップでは、
前記複数個の周波数のうち所定の周波数を設定した状態で、前記複数個の増幅率のうち、前記受信信号の強度が規定電圧より低い増幅率を判別し、
前記複数個の周波数のそれぞれに対し前記判別された増幅率を設定したときの前記受信信号の強度が最大となる周波数を前記駆動周波数として決定することを特徴とする請求項８又は９に記載の超音波センサの校正方法。
【請求項１１】
前記駆動周波数を設定するステップでは、
前記複数個の増幅率のそれぞれを設定したとき、前記複数個の周波数のそれぞれに対応する前記受信信号の強度が異なる場合を前記非飽和となる増幅率として判別し、当該判別された増幅率に対応する前記受信信号の強度が最大となる周波数を前記駆動周波数として決定することを特徴とする請求項８又は９に記載の超音波センサの校正方法。
【請求項１２】
前記駆動周波数の設定は、予め設定されたタイミングで実行されることを特徴とする請求項８から１１のいずれか一項に記載の超音波センサの校正方法。
【請求項１３】
前記駆動周波数の設定は、校正指令に基づいて判別したタイミングで実行されることを特徴とする請求項８から１２のいずれか一項に記載の超音波センサの校正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いて測定対象物までの距離を検出する超音波センサ及びその校正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、超音波素子から出力された超音波の反射波を受波し、その受信信号によって測定対象物までの距離を検出するように構成された超音波センサが用いられている。この種の超音波センサにおいて、例えば圧電素子等の超音波素子は固有の共振周波数で発振することにより超音波を送波するので、十分な検出感度を得るには、共振周波数に適合する最適な周波数で送信回路を駆動し、その送信信号を超音波素子に供給する必要がある。しかし、一般に超音波センサは、長期間の使用による経年変化や周囲の温度変動、あるいは製造時のロットによる特性バラツキ等に起因して、共振周波数の変動・バラツキが生じる結果、超音波センサの検出精度の劣化を招く恐れがある。よって、これらの要因による検出精度の劣化を防止するため、必要に応じて超音波センサの校正を実施し、共振周波数の変化を補償するように送信回路の最適な駆動周波数を設定することが望ましい。従来の超音波センサにおいて、その共振周波数に適合する駆動周波数を設定するための様々な手法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。かかる手法により、超音波センサにおいて最適な駆動周波数を設定すれば、上述の要因による共振周波数の変動・バラツキを補償することができ、良好な検出精度で測定対象物までの距離を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３１２４号公報
【特許文献２】特開２００９−２６７５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超音波センサにおける駆動周波数を設定する具体的な手法として、例えば、専用の反射板等の校正対象物を超音波センサから所定の距離に配置し、駆動周波数を変化させつつ超音波を順次送波し、校正対象物からの反射波に対応する受信信号の受信レベルが最大値あるいは所定値以上となったときに共振周波数にほぼ合致すると判断し、それを送信回路に対する駆動周波数として設定することができる。一般に、超音波センサの受信回路は、測定対象物の反射波による微弱な受信信号を後段の回路を動作させる上で十分なレベルまで増幅するための受信増幅回路を備え、受信増幅回路に対して大きな増幅率が設定されている。しかし、例えば、測定対象物に比べると、専用の反射板等の校正対象物は超音波センサから近い距離に設置されるのが通常である。そのため、超音波が空気中を伝搬する際の損失が小さくなり、通常の測定時よりも校正時の受信信号のレベルが増大するため、受信増幅回路によって増幅された受信信号が飽和する恐れがある。その結果、校正時に駆動周波数を変化させたとき、超音波素子の周波数特性を適切に反映した受信信号のレベル変動が検出できなくなり、適切な駆動周波数の設定に支障を来すことが問題となる。
【０００５】
本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、超音波センサの校正時に、校正対象物の距離に依存して受信信号が飽和することを回避し、超音波素子の共振周波数の変化を適切に補償し得る駆動周波数を確実に設定可能な超音波センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の超音波センサは、送信信号を超音波に変換して送波するとともに前記超音波の反射波を受波して受信信号に変換する超音波素子と、所定の駆動周波数で駆動される前記送信信号を生成して前記超音波素子に供給する送信手段と、測定対象物の検出範囲に応じて予め設定された第１の時間範囲内において、前記超音波素子から供給される前記受信信号の有無を検出する受信手段と、前記送信信号を生成してから前記受信信号を検出するまでの時間に基づいて前記測定対象物までの距離を算出する距離算出手段と、前記駆動周波数の校正時に、前記超音波素子の共振周波数の想定される変化範囲内から選択された複数個の周波数のうち、前記測定対象物より近距離に位置する校正対象物からの反射波に対応する前記受信信号の強度を最大化する駆動周波数を決定し、前記送信手段に対して前記決定された駆動周波数を設定する校正制御手段とを備えて構成され、前記受信手段は、予め設定された複数個の増幅率を選択的に設定可能な受信増幅回路を含み、前記校正制御手段は、前記複数個の増幅率のうち、前記校正対象物からの反射波に対応する受信信号が非飽和となる範囲内の増幅率を判別し、当該判別された増幅率を前記受信増幅回路に設定した状態で前記駆動周波数を決定することを特徴としている。
【０００７】
本発明の超音波センサによれば、送信手段の駆動周波数の校正時に、複数個の駆動周波数の中から最適な駆動周波数を選択的に設定する際、受信手段に含まれる受信増幅回路に対して複数個の増幅率の中から受信信号が非飽和となるものを選択的に設定する。よって、駆動周波数の校正時に、近距離に位置する校正対象物からの反射波に対応する受信信号の飽和に起因して受信信号のレベル変動が検出できなくなる事態を防止し、超音波素子の共振周波数に適合する駆動周波数を確実に設定して高精度な校正を実現することができる。
【０００８】
前記超音波素子は、送受一体型の構造であってもよいが、送波用超音波素子と受波用超音波素子とに分離された分離型の構造であってもよい。送受一体型の場合は、校正対象物の反射波を用いて駆動周波数の校正を行うが、分離型の構造の場合は、校正対象物の反射波に加えて、送波用超音波素子から受波用超音波素子への直達波を用いて駆動周波数の校正を行うことができる。また、特に校正対象物の反射波を用いて駆動周波数の校正を行う場合、超音波センサの筐体からの反射波を用いて駆動周波数の校正を行うことができる。筐体からの反射波及び直達波はいずれも超音波センサから近距離の範囲を伝送するために受信信号が飽和しやすく、本発明の適用によって受信信号を非飽和にすることで大きな効果を得ることができる。
【０００９】
前記複数個の増幅率は、受信増幅回路の多様な構成に基づいて設定することができる。例えば、受信増幅回路の利得を可変することにより複数個の増幅率を設定してもよい。また例えば、受信増幅回路の出力段に接続された可変減衰器の減衰率を可変することにより複数個の増幅率を設定してもよい。この場合、受信増幅回路に多段の可変利得型増幅器を設けてもよく、さらに固定利得型増幅器と可変利得型増幅器又は可変減衰器が混在する構成でもよい。
【００１０】
前記受信手段は、前記筐体からの反射波又は前記直達波の受信範囲に応じて予め設定された第２の時間範囲内における受信信号の強度のピークを検出するピーク検出回路を含めて構成してもよい。この場合、複数個の駆動周波数に対応する複数のピークのうち最大のピークが得られる駆動周波数を送信手段の駆動周波数として設定する必要がある。
【００１１】
前記校正制御手段は、通常の測定時に測定対象物までの距離を算出する際、前述の第２の時間範囲内における受信信号をマスキングすることが望ましい。すなわち、測定対象物までの距離は、送信信号を生成してから受信信号を検出するまでの時間に基づいて算出するので、通常の測定時には、測定対象物に比べて超音波素子からの距離が短い校正対象物等の影響を除去して、測定対象物までの距離を確実に計測することができる。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、本発明の超音波センサの校正方法は、所定の周波数範囲内の複数個の周波数のそれぞれで駆動される送信信号を超音波素子により超音波に変換して送波するステップと、前記超音波の反射波を前記超音波素子により受波して受信信号に変換し、測定対象物より近距離に位置する校正対象物からの反射波に対応する前記受信信号が存在する所定の時間範囲内で前記受信信号の強度を検出するステップと、予め設定された複数個の増幅率のそれぞれで増幅される前記受信信号が非飽和となる範囲内の増幅率を判別し、前記複数個の駆動周波数のうち、前記判別された増幅率で増幅される前記受信信号の強度が最大となる駆動周波数を決定し、通常の測定時に前記送信信号に対し前記決定された駆動周波数を設定するステップとを含むことを特徴としている。
【００１３】
前記駆動周波数を設定するステップは多様な手順で実行することができる。例えば、複数個の周波数のうち所定の周波数を設定した状態で、複数個の増幅率のうち受信信号の強度が規定電圧より低い増幅率を判別し、複数個の周波数のそれぞれに対し判別された増幅率を設定したときの受信信号の強度が最大となる周波数を駆動周波数として決定してもよい。また例えば、複数個の増幅率のそれぞれを設定したとき、複数個の周波数のそれぞれに対応する受信信号の強度が異なる場合を非飽和となる増幅率として判別し、判別された増幅率に対応する受信信号の強度が最大となる周波数を駆動周波数として決定してもよい。
【００１４】
本発明の超音波センサの校正方法においては、駆動周波数の校正を所望のタイミングで行うことができる。この場合、予め設定されたタイミングで校正を行ってもよいが、校正指令に基づいて判別したタイミングで校正を行ってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、超音波センサにおいて、送信手段の駆動周波数を校正する際、受信増幅回路の複数個の増幅率のうち、校正対象物からの反射波に対応する受信信号が非飽和となる増幅率を選択的に設定した状態で、共振周波数の変化範囲内の複数個の駆動周波数のうち受信信号の強度を最大化する駆動周波数を送信手段に対して設定するようにしたので、超音波センサから近距離に配置される校正対象物を用いたとしても、その受信信号が飽和することを確実に防止し、超音波素子の校正時に超音波素子の共振周波数の変化を適切に補償し得る駆動周波数の設定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の超音波センサの基本概念を示す図である。
【図２】第１実施形態の超音波センサの内部構成を示すブロック図である。
【図３】図２の受信増幅回路の２つの構成例を示す図である。
【図４】第１実施形態の超音波センサの動作波形の一例を示す図である。
【図５】第１実施形態の超音波センサにおける距離測定原理を説明する図である。
【図６】第１実施形態の超音波センサを校正する際の駆動周波数の設定処理を示すフローチャートである。
【図７】図２の受信増幅回路における受信信号に関し、非飽和状態と飽和状態のそれぞれの波形の相違について説明する図である。
【図８】第２実施形態の超音波センサを校正する際の駆動周波数の設定処理を示すフローチャートである。
【図９】第３実施形態の超音波センサの基本概念を示す図である。
【図１０】第３実施形態の超音波センサの内部構成を示すブロック図である。
【図１１】第４実施形態の超音波センサの基本概念を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下では、本発明を具体化した超音波センサの４つの実施形態について説明する。
【００１８】
［第１実施形態］
第１実施形態では、送受一体型の超音波素子を具備する超音波センサに対して本発明を適用する場合を説明する。図１は、第１実施形態の超音波センサ１０の基本概念を示している。また、図２は、図１の超音波センサ１０の内部構成をブロック図により示している。図１に示すように、第１実施形態の超音波センサ１０は、筐体１１と、筐体１１の一端に取り付けられた超音波素子１２とを具備している。筐体１１は、樹脂等を用いて略直方体状に形成される。筐体１１の内部には後述の内部回路やケーブルが収容されるとともに、外壁の貫通部に超音波素子１２が挿入され、超音波素子１２のセンサ面が外部に向いて露出する状態になっている。
【００１９】
超音波素子１２は、送波用超音波素子と受波用超音波素子とが一体化された素子であり、例えば、圧電素子によって構成される。圧電素子は、所定の機械振動周波数（共振周波数）の駆動信号を印加したとき、振動子の屈曲振動に基づく超音波を放射する。図１に示すように、超音波素子１２からは、送信信号に対応する超音波がセンサ面の方向に送波され、それが超音波センサ１０から距離Ｄａを隔てた測定対象物１３によって反射され、その反射波Ｗａが再び超音波素子１２によって受波される。超音波センサ１０は、測定対象物１３からの反射波Ｗａを超音波素子１２を介して受信信号に変換し、それにより距離Ｄａを算出するが、詳細については後述する。一般に、空気中を伝搬する超音波のエネルギーは距離Ｄａが長くなるほど減衰するので、測定対象物１３の検出可能な距離Ｄａには制約がある。ただし、後述するように、超音波素子１２を共振周波数で駆動して超音波を送波することにより、そのエネルギー及び到達距離を最大化することができる。
【００２０】
一方、図１に示すように、超音波センサ１０においては、超音波素子１２から送波された超音波が自己の筐体１１によっても反射される。よって、超音波素子１２には、測定対象物１３からの反射波Ｗａに加えて、筐体１１からの反射波Ｗｂが受波される。この反射波Ｗｂは、測定対象物１３までの距離Ｄａに比べて筐体１１までの距離が十分に短いことから、後述するように反射波Ｗｂを受波する時間の違いに応じて区別でき、通常の測定時には妨げとはならない。第１実施形態では、超音波センサ１０の校正時に、校正対象物としての筐体１１からの反射波Ｗｂを積極的に利用して駆動周波数を設定している。
【００２１】
次に、第１実施形態の超音波センサ１０の内部構成の具体例について説明する。図２に示すように、第１実施形態の超音波センサ１０は、図１で説明した超音波素子１２と、送信増幅回路２０と、受信増幅回路２１と、検波回路２２と、積分回路２３と、コンパレータ２４と、ピーク検出回路２５と、信号処理部３０とにより構成される。また、信号処理部３０には、駆動周波数設定部３１と、受信処理部３２と、感度ピーク算出部３３とが含まれる。このうち、送信増幅回路２０及び駆動周波数設定部３１は送信手段として機能し、受信増幅回路２１、検波回路２２、積分回路２３、コンパレータ２４は受信手段の要部として機能する。また、超音波センサ１０の通常の測定時には、信号処理部３０のうちの受信処理部３２が受信手段の一部及び距離算出手段としてそれぞれ機能する。また、超音波センサ１０の校正時には、ピーク検出回路２５及び感度ピーク算出部３３が校正制御手段の要部としても機能する。
【００２２】
以上の構成において、上述したように超音波素子１２は送受一体型であるため、１対の端子電極が送信増幅回路２０と受信増幅回路２１の両方に接続されている。送信増幅回路２０は、後述の動作に基づき駆動周波数設定部３１によって設定された駆動周波数のクロック信号を受け、それを増幅して所定の電圧振幅を有する送信信号を出力する。送信増幅回路２０は、例えば、十分な電圧振幅を得られるようにトランス等を含んで構成される。一方、受信増幅回路２１は、超音波素子１２で受波された反射波Ｗａ、Ｗｂに対応する微弱な受信信号を後段の回路を動作させる上で十分なレベルまで増幅する。受信増幅回路２１に対しては、予め設定された複数個の増幅率のうち、超音波センサ１０の校正時に決定された最適な増幅率を選択的に設定可能となっている。なお、超音波センサ１０の校正時における受信増幅回路２１の増幅率の具体的な設定方法については後述する。
【００２３】
ここで、図３は、増幅率を選択的に設定可能な受信増幅回路２１の２つの構成例を示している。図３（Ａ）は、受信増幅回路２１の第１の構成例を示している。第１の構成例は、例えば、入力ノードＮｉと出力ノードＮｏとの間に、可変利得型の２段の増幅器４０、４１を縦続接続した構成を有する。図３（Ａ）において、信号処理部３０から供給される制御信号に基づいて増幅器４０、４１のそれぞれの利得Ｇ０、Ｇ１を個別に制御することができる。受信増幅回路２１の全体の増幅率は、これらの利得Ｇ０、Ｇ１の積Ｇ０・Ｇ１に比例して変化する。第１の構成例において、利得Ｇ０、Ｇ１の設定範囲としては、例えば１〜５０倍程度の範囲内で可変に設定することができる。
【００２４】
また、図３（Ｂ）は、受信増幅回路２１の第２の構成例を示している。第２の構成例は、例えば、入力ノードＮｉと出力ノードＮｏとの間に、固定利得型の２段の増幅器５０、５１と、その後段の可変型の減衰器５２とを縦続接続した構成を有する。図３（Ｂ）において、増幅器５０、５１のそれぞれの利得Ｇ０、Ｇ１は固定値であるが、信号処理部３０から供給される制御信号に基づいて減衰器５２の減衰率ＡＴＴを制御することができる。受信増幅回路２１の全体の増幅率は、減衰器５２の減衰率ＡＴＴに比例して変化する。第２の構成例において、固定の利得Ｇ０、Ｇ１を例えば５０倍に設定し、減衰率ＡＴＴを例えば１／２５００〜１倍程度の範囲内で可変に設定することができる。
【００２５】
なお、図３に示す第１及び第２の構成例は、いずれも一例であって、受信増幅回路２１の構成には多様なバリエーションがある。例えば、図３（Ａ）の第１の構成例では、可変利得型の増幅器の段数は２段に限られず、１段又は３段以上であってもよい。また例えば、図３（Ｂ）の第２の構成例では、２段以上の減衰器を設けてもよい。さらに、例えば、第１及び第２の構成例を組み合わせて、可変利得型の増幅器と可変型の減衰器を混在させて受信増幅回路２１を構成してもよい。
【００２６】
図２に戻って、検波回路２２は、受信増幅回路２１により増幅された受信信号を包絡線検波して高周波成分を除去し、受信信号の振幅変化に追随する検波信号を生成する。積分回路２３は、検波回路２２で得られた検波信号を所定の時定数で平滑化してノイズ成分を除去する。コンパレータ２４は、積分回路２３の出力信号と検出境界値とを比較して２値化し、検出信号を生成して受信処理部３２に供給する。一方、ピーク検出回路２５は、受信増幅回路２１により増幅された受信信号のピークレベルを検出し、所定の時間範囲においてピークレベルを保持する。
【００２７】
信号処理部３０は、超音波センサ１０全体の動作を制御する制御手段として機能し、例えば、１チップのＭＣＵ（Micro Controller Unit）等を用いることができる。信号処理部３０には、例えば、処理に必要なデータやプログラムを記憶するメモリや、時間経過の基準となる内部タイマーが含まれる。信号処理部３０において、上述の駆動周波数設定部３１、受信処理部３２、感度ピーク算出部３３のそれぞれの動作は、メモリに記憶されるプログラムに基づいて実行される。駆動周波数設定部３１は、複数個の駆動周波数のうち校正時に決定された所定の駆動周波数によってクロック信号の周期を設定し、それを送信増幅回路２０に供給する。感度ピーク算出部３３は、後述の校正時に、ピーク検出回路２５により検出された受信信号のピークレベルを最大化する駆動周波数又は所定の受信レベル以上となる駆動周波数を判別し、それを上述の駆動周波数として決定する。
【００２８】
図４は、図２の超音波センサ１０の動作波形の一例を示している。図４においては、超音波素子１２から超音波を送波した際、受信系の回路群に伝送される受信信号のうち、受信増幅回路２１の出力側の波形（上段）と、積分回路２３の出力側の波形（下段）を表している。いずれの波形（上段及び下段）においても、超音波素子１２から超音波を送波するタイミングを起点（０μｓ）とした時間を横軸に示すとともに、それぞれの信号の電圧レベルを縦軸に示している。
【００２９】
図４に示すように、時間０の近傍において両方の各波形（上段及び下段）に受信信号が現れるが、これは一体型の超音波素子１２に供給された送信信号が受信系の回路に回り込むためである。なお、実際には、一定のレベルかつ一定のパルス幅で送信信号が駆動されるが、受信増幅回路２１の出力側では波形に歪みが生じている。また、検波回路２２による包絡線検波後の検波信号を受ける積分回路２３は、その波形（下段）に受信信号が存在しないときのレベルに対し、受信信号が存在するときには低下方向にレベルが変化している。つまり、積分回路２３の波形（下段）のレベルが電圧０の近傍にあるとき、後段のコンパレータ２４により受信信号の存在が検知される。
【００３０】
その後、約４００μｓの時間が経過したとき、受信増幅回路２１の波形（上段）に受信信号が現れる。これは、図１に示すように自己の筐体１１からの反射波Ｗｂによる受信信号である。ここで、受信増幅回路２１の波形（上段）に反射波Ｗｂによる受信信号が存在する部分を含む時間範囲Ｔｂ（第２の時間範囲）を付記している。後述の校正動作の際には、この時間範囲Ｔｂ内に現れる受信信号に着目すればよい。なお、図４には示していないが、通常の測定時には、測定対象物１３の検出範囲をカバー可能な時間範囲（第１の時間範囲）内の受信信号を処理する必要がある。第１の時間範囲は特に制約されないが、一例として０〜５０００μｓに設定することができる。
【００３１】
なお、筐体１１からの反射波Ｗｂによる受信信号を増強するために、筐体１１の一端に比較的面積の広いフランジ部を設けてもよい。こにより、超音波の反射波Ｗｂを生じる部分の面積が増加するので、その受信信号を増強することができる。
【００３２】
第１実施形態においては、通常の測定時において筐体１１からの反射波Ｗｂは本来不要であり、測定対象物１３の誤検出を防止すべく、時間範囲Ｔｂの受信信号を無視する必要がある。そのため、信号処理部３０により、受信信号に基づくコンパレータ２４の検出信号のうち時間範囲Ｔｂ内の部分をマスキングする処理が行われる。一方、後述の校正時には、時間範囲Ｔｂにおけるマスキングは解除される。なお、実際には、積分回路２３の波形（下段）のうち時間範囲Ｔｂ内でも受信信号に対応するレベル変化が生じるが、通常の測定時に上述のマスキングがされることを明確にするため、非表示としたものである。
【００３３】
さらに、約２５００〜３０００μｓの時間範囲に、いずれの波形（上段及び下段）にも受信信号が現れる。これは、図１に示すように超音波センサ１０から距離Ｄａに置かれた測定対象物１３からの反射波Ｗａによる受信信号である。そして、積分回路２３からコンパレータ２４を介して検出信号が信号処理部３０に送られ、受信処理部３２により測定対象物１３までの距離Ｄａが算出される。ここで、図５を用いて、受信処理部３２による距離測定原理を説明する。図５において、送信系ではタイミングｔｓで送信信号のパルスが発生し、受信系ではタイミングｔｒで受信信号のパルスが発生している。よって、受信処理部３２は、送受のタイミングｔｓ、ｔｒ間に経過する時間ＴＲを信号処理部３０の内部タイマーに基づき判別することにより、時間ＴＲに比例する上述の距離Ｄａを容易に算出することができる。
【００３４】
なお、図４の各波形（上段及び下段）には限られず、測定対象物１３までの距離Ｄａはある程度の受信信号のレベルを確保可能な範囲内であって、時間範囲Ｔｂに相当する距離より遠方であればよい。また、超音波センサ１０において、測定対象物１３までの距離Ｄａを直接求める代わりに、所定の距離範囲内における測定対象物１３の有無を検知してもよい。
【００３５】
次に、第１実施形態の超音波センサ１０の校正時の制御について説明する。図６は、図２の超音波センサ１０の校正時における駆動周波数の設定処理を示すフローチャートである。図６の設定処理は、例えば、超音波センサ１０の出荷時や起動時などに実施する場合のほか、超音波センサ１０の使用状態に応じて定期的に実施してもよい。図６に示す処理においては、予め設定された複数個の駆動周波数のうち、超音波素子１２の共振周波数に適合する駆動周波数を設定するのに先立って、受信増幅回路２１の予め設定された複数個の増幅率のうち、筐体１１からの反射波Ｗｂに対応する受信信号が非飽和となる増幅率を設定する点が特徴である。受信処理部３２においては、例えば、超音波素子１２の共振周波数の想定される共振周波数の変化範囲内から選択されたＮ個の駆動周波数と、受信信号の想定される強度及び受信回路の動作上の制約に応じて選択されたＭ個の増幅率とが予め設定されているものとする（Ｎ、Ｍは２以上の整数）。
【００３６】
図６の処理が開始されると、信号処理部３０により、上述のＮ個の駆動周波数のうちの所定の駆動周波数Ｆａを選択し、駆動周波数設定部３１に対して設定する（ステップＳ１０）。この所定の駆動周波数Ｆａは、これ以降の処理で増幅率を設定する基準となるので、Ｎ個の駆動周波数に対応する変化範囲内の概ね中央付近の値を選択することが望ましい。例えば、出荷時の超音波素子１２の共振周波数１００ｋＨｚに対し、３つの駆動周波数９０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、１１０ｋＨｚを設定したときは、その中央のＦａ＝１００ｋＨｚに設定することが望ましい。
【００３７】
次いで、信号処理部３０により、上述のＭ個の増幅率のうちのｍ番目（ｍ＝１〜Ｍ）の増幅率Ａｍを選択し、受信増幅回路２１に対して設定する（ステップＳ１１）。Ｍ個の増幅率は、受信増幅回路２１に入力される受信信号のレベルが広い範囲であることを考慮し、例えば、２５００倍、２５０倍、２５倍、１倍のように広い範囲の増幅率に設定される。ここで、例えば、ｍ＝１を初期値として、最大の増幅率Ａ１から最小の増幅率ＡＭまで順番に低下させるように制御すればよい。
【００３８】
ステップＳ１０に続いて、駆動周波数設定部３１から、ステップＳ１０で設定された駆動周波数Ｆａに対応するクロック信号が送信増幅回路２０に供給され、送信増幅回路２０から駆動周波数Ｆａの送信信号が超音波素子１２に供給される（ステップＳ１２）。その結果、図１に示すように、超音波素子１２が駆動周波数Ｆａで発振して超音波を送波し、超音波センサ１０の筐体１１に反射した後、その反射波Ｗｂが超音波素子１２に受波される。そして、図４の時間範囲Ｔｂ内において、超音波素子１２から受信増幅回路２１を経て増幅された受信信号がピーク検出回路２５に送られる。ピーク検出回路２５では、時間範囲Ｔｂ内のピークレベルを保持し、得られたピーク電圧Ｖａ（ｍ）が感度ピーク算出部３３によってモニタされる（ステップＳ１３）。ここで、ピーク電圧Ｖａ（ｍ）の表記は、駆動周波数Ｆａ及び増幅率Ａｍの設定時に得られたピーク電圧の意味である。
【００３９】
次いで、ステップＳ１３で得られたピーク電圧Ｖａ（ｍ）と、予め設定された規定電圧Ｖｘとの比較が行われる（ステップＳ１４）。この規定電圧Ｖｘは、受信増幅回路２１における受信信号の飽和レベルに対して所定のマージンだけ低い電圧値に設定される。例えば、受信増幅回路２１を＋３Ｖで駆動したときは概ね＋３Ｖの近傍で受信信号が飽和するが、このときＶｘ＝＋２Ｖに設定することで、飽和レベルに対するマージンを約１Ｖ（３Ｖ−２Ｖ）確保することができる。ステップＳ１３の比較の結果、上述のピーク電圧Ｖａ（ｍ）が規定電圧Ｖｘより高い場合は（ステップＳ１４：ＮＯ）、再びステップＳ１１に戻り、ｍ＋１に対応する次の増幅率Ａｍ＋１についてステップＳ１１〜Ｓ１４の処理を同様に繰り返す。つまり、ステップＳ１４でＮＯ判断となる間は、規定電圧Ｖｘに比べてピーク電圧Ｖａ（ｍ）が高いため、受信増幅回路２１が飽和した状態、あるいは飽和レベルのマージンが不十分な状態と判断できる。
【００４０】
一方、ステップＳ１４の比較の結果、上述のピーク電圧Ｖａ（ｍ）が規定電圧Ｖｘ以下である場合は（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、この時点の増幅率Ａｍが受信増幅回路２１に設定された状態で、それ以降の駆動周波数の設定処理（ステップＳ１５〜Ｓ１９）に移行する。すなわち、この時点の増幅率Ａｍ及び駆動周波数Ｆａに対応する受信信号は飽和レベルより所定のマージンだけ低いレベルになっている。
【００４１】
ここで、図７を参照して、受信増幅回路２１における受信信号に関し、非飽和状態と飽和状態のそれぞれの波形の相違について説明する。図７の上段は、図４に示す時間範囲Ｔｂ及びその近傍における受信増幅回路２１の出力側の波形を示しており、受信増幅回路２１が非飽和状態になっている。これに対し、図７の下段は、図７の上段と同様の受信信号に対し、受信増幅回路２１が飽和状態になっている。図７の上段は、例えば、ステップＳ１５の状態に対応し、図７の下段は、例えば、ステップＳ１４でＮＯ判断がなされてステップＳ１１に戻るときの状態に対応する。図７の下段の例では、受信増幅回路２１の増幅率が相対的に大きくなり過ぎ、受信信号のピークが飽和レベルとなる４Ｖに達するため、信号レベルの変化を検出できなくなって適正な校正に支障を来す。従って、第１実施形態では、駆動周波数の設定に先立って、ステップＳ１０〜Ｓ１４の処理により受信信号が飽和レベルにならないような制御を行うものである。
【００４２】
次に、図６に示すように、信号処理部３０により、上述のＮ個の駆動周波数のうちのｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の駆動周波数Ｆｎを選択し、駆動周波数設定部３１に対して設定する（ステップＳ１５）。続いて、駆動周波数設定部３１から駆動周波数Ｆｎに対応するクロック信号が送信増幅回路２０に供給され、送信増幅回路２０から駆動周波数Ｆｎの送信信号が超音波素子１２に供給される（ステップＳ１６）。その結果、ステップＳ１２、Ｓ１３と同様に、筐体１１の反射波Ｗｂが超音波素子１２に受波された後、超音波素子１２から受信増幅回路２１を経て増幅された受信信号がピーク検出回路２５に送られる。ピーク検出回路２５では、時間範囲Ｔｂ内のピークレベルを保持し、得られたピーク電圧Ｖｎ（ｍ）が感度ピーク算出部３３によってモニタされる（ステップＳ１７）。上述したように、ピーク電圧Ｖｎ（ｍ）の表記は、駆動周波数Ｆｎ及び増幅率Ａｍの設定時に得られたピーク電圧の意味である。
【００４３】
このとき、ｎ＝１であるときのピーク電圧Ｖ１（ｍ）は最初に得られる値であり、そのまま保持されるが、ｎ≧２であるときは、今回のピーク電圧Ｖｎ（ｍ）と前回のピーク電圧Ｖｎ−１（ｍ）との比較が行われる（ステップＳ１８）。すなわち、Ｎ個の駆動周波数に予め順番を定め（例えば周波数の低い順）、ｎ番目の駆動周波数Ｆｎに対応するピーク電圧Ｖｎ（ｍ）と、ｎ−１番目の駆動周波数Ｆｎ−１に対応するピーク電圧Ｖｎ−１（ｍ）が比較される。ステップＳ１８の比較の結果、今回のピーク電圧Ｖｎ（ｍ）が前回のピーク電圧Ｖｎ−１（ｍ）より高い場合は（ステップＳ１８：ＮＯ）、再びステップＳ１５に戻り、ｎ＋１に対応する次の駆動周波数Ｆｎ＋１についてステップＳ１５〜Ｓ１８の処理を同様に繰り返す。一方、ステップＳ１８の比較の結果、今回のピーク電圧Ｖｎ（ｍ）が前回のピーク電圧Ｖｎ−１（ｍ）以下になった場合は（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、前回の駆動周波数Ｆｎ−１を、通常の測定時に設定すべき駆動周波数として決定し（ステップＳ１９）、図６の処理を完了する。
【００４４】
超音波素子１２の周波数特性は、共振周波数をピークとして高域側と低域側で減少することが一般的である。よって、ステップＳ１８の比較によって決定された駆動周波数は超音波センサ１０の検出感度のピークにも合致する。ただし、共振周波数が一律に増減する場合として、例えば、ステップＳ１８で最初からＹＥＳ判断になるときはｎ＝１に対応する最初の駆動周波数Ｆ１に決定され、ステップＳ１８で全てＮＯ判断になるときはｎ＝Ｎに対応する最後の駆動周波数ＦＮに決定される
【００４５】
超音波センサ１０の校正時に、図６のフローチャートに基づいて決定された駆動周波数は、それ以降、通常の測定時に駆動周波数設定部３１に対して設定されることになる。よって、第１実施形態の超音波センサ１０において、超音波素子１２の共振周波数が経年変化や温度変動等によって変化する場合であっても、それを校正時に有効に補償することができ、受信信号の十分な受信レベルを確保して検出感度を高めることができる。特に、第１実施形態の校正制御によれば、筐体１１の反射波Ｗｂを利用して送信信号の駆動周波数を設定するので、専用の反射板やその他の物体を設置することが不要となり、利便性の高い校正を実現可能となる。また、仮に受信増幅回路２１が飽和状態のままでステップＳ１５〜Ｓ１９の処理を行う場合は、超音波素子１２の共振周波数に適合しない駆動周波数が設定される恐れがある。よって、第１実施形態においては、ステップＳ１０〜Ｓ１４を実行することにより、受信増幅回路２１を確実に非飽和状態として、超音波素子１２の周波数特性を適切に反映した駆動周波数を決定することが可能となる。
【００４６】
第１実施形態の超音波センサ１０において、駆動周波数の校正を実施するタイミングに関しては多様な変形例がある。例えば、超音波センサ１０に温度センサを設け、温度センサによって温度をモニタし、一定以上の温度変化量が検知されたとき、駆動周波数の校正を実施してもよい。この場合、超音波素子１２の共振周波数の温度特性を考慮し、校正を実施する際の温度条件を定めることが望ましい。
【００４７】
また例えば、超音波センサ１０の使用者が超音波センサ１０を直接操作する場合に限らず、遠隔操作によって超音波センサ１０に対して駆動周波数の校正を実施してもよい。この場合、超音波センサ１０に無線通信手段を搭載し、外部の無線ノードから校正指令を無線通信によって送信し、この校正指令を超音波センサ１０の無線通信手段が受信したときに駆動周波数の校正を実施してもよい。なお、超音波センサ１０の無線通信手段は、通常の測定時に測定対象物１３の距離の測定データ等を外部の無線ノードに送信してもよい。
【００４８】
［第２実施形態］
第２実施形態では、第１実施形態と同じ構造の超音波センサに関し、第１実施形態とは異なる方法で校正時の制御を行う場合を説明する。従って、第１実施形態において説明した図１〜図５、図７の内容については、第２実施形態でも共通であるため説明を省略する。
【００４９】
図８は、第２実施形態における超音波センサ１０の校正時における駆動周波数の設定処理を示すフローチャートである。図８に示す処理において、Ｍ個の増幅率（Ｍは２以上の整数）がそれぞれ予め設定されている点は第１実施形態と同様である。一方、駆動周波数については、説明の便宜上、３つの駆動周波数Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３が予め設定される場合を想定する。３つの駆動周波数Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は、出荷時の超音波素子１２の共振周波数１００ｋＨｚに対し、例えば、Ｆ１＝９０ｋＨｚ、Ｆ２＝１００ｋＨｚ、Ｆ３＝１１０ｋＨｚとして設定される。
【００５０】
図８の処理が開始されると、信号処理部３０により、上述のＭ個の増幅率のうちのｍ番目（ｍ＝１〜Ｍ）の増幅率Ａｍを選択し、受信増幅回路２１に対して設定する（ステップＳ２０）。次いで、信号処理部３０により、３つの駆動周波数Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３のうち最小の駆動周波数Ｆ１を選択し、駆動周波数設定部３１に対して設定する（ステップＳ２１）。続いて、駆動周波数設定部３１から駆動周波数Ｆ１に対応するクロック信号が送信増幅回路２０に供給され、送信増幅回路２０から駆動周波数Ｆ１の送信信号が超音波素子１２に供給される（ステップＳ２２）。その結果、図６のステップＳ１２、Ｓ１３と同様に、筐体１１の反射波Ｗｂが超音波素子１２に受波された後、超音波素子１２から受信増幅回路２１を経て増幅された受信信号がピーク検出回路２５に送られる。ピーク検出回路２５では、時間範囲Ｔｂ内のピークレベルを保持し、得られたピーク電圧Ｖ１（ｍ）が感度ピーク算出部３３によってモニタされる（ステップＳ２３）。
【００５１】
次に、信号処理部３０により、３つの駆動周波数Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３のうち中央の駆動周波数Ｆ２を選択し、駆動周波数設定部３１に対して設定する（ステップＳ２４）。続いて、ステップＳ２２、Ｓ２３と同様の制御により、駆動周波数Ｆ２の送信信号が超音波素子１２に供給されるとともに（ステップＳ２５）、ピーク検出回路２５で得られたピーク電圧Ｖ２（ｍ）が感度ピーク算出部３３によってモニタされる（ステップＳ２６）。次いで、信号処理部３０により、３つの駆動周波数Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３のうち最大の駆動周波数Ｆ２を選択し、駆動周波数設定部３１に対して設定する（ステップＳ２７）。続いて、ステップＳ２２、Ｓ２３と同様の制御により、駆動周波数Ｆ３の送信信号が超音波素子１２に供給されるとともに（ステップＳ２８）、ピーク検出回路２５で得られたピーク電圧Ｖ３（ｍ）が感度ピーク算出部３３によってモニタされる（ステップＳ２９）。
【００５２】
以上のステップＳ２１〜Ｓ２９により、３つのピーク電圧Ｖ１（ｍ）、Ｖ２（ｍ）、Ｖ３（ｍ）が得られることになる。そして、感度ピーク算出部３３により、各ピーク電圧Ｖ１（ｍ）、Ｖ２（ｍ）、Ｖ３（ｍ）が互いに異なる電圧値であるか否かが判別される（ステップＳ３０）。その結果、各ピーク電圧Ｖ１（ｍ）、Ｖ２（ｍ）、Ｖ３（ｍ）が同じ電圧値である場合は（ステップＳ３０：ＮＯ）、再びステップＳ２０に戻り、ｍ＋１に対応する次の増幅率Ａｍ＋１についてステップＳ２０〜Ｓ３０の処理を同様に繰り返す。つまり、ステップＳ３０でＮＯ判断となる間は、受信増幅回路２１が飽和した状態にある結果、各ピーク電圧Ｖ１（ｍ）、Ｖ２（ｍ）、Ｖ３（ｍ）が同じ電圧値になると判断できる。
【００５３】
一方、ステップＳ３０の判別の結果、各ピーク電圧Ｖ１（ｍ）、Ｖ２（ｍ）、Ｖ３（ｍ）が互いに異なる電圧値である場合は（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、各ピーク電圧Ｖ１（ｍ）、Ｖ２（ｍ）、Ｖ３（ｍ）のうちの最大値に対応する駆動周波数Ｆｉ（ｉ＝１〜３のいずれか）を、通常の測定時に設定すべき駆動周波数として決定し（ステップＳ３１）、図８の処理を完了する。
【００５４】
なお、図８の例では、信号処理部３０により、３つの駆動周波数Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３を選択的に設定する場合を説明したが、予め設定される駆動周波数の個数は３つに限られない。例えば、５つの駆動周波数を選択的に設定してもよいし、さらに異なる個数の駆動周波数を選択的に設定してもよい。
【００５５】
上述の第２実施形態の方法に基づき、超音波センサ１０の校正を行う場合であっても、基本的に第１実施形態と同様の効果を得ることができる。ただし、図８に示す設定処理は、複数個の増幅率と複数個の駆動周波数のそれぞれの組合せについてピーク検出回路２５のピーク電圧をモニタする必要があるので、全体的にステップ数が増加するが、その分だけ、きめ細かい判断が可能となる。
【００５６】
［第３実施形態］
第３実施形態では、送受が分離された分離型の超音波素子を具備する超音波センサ１０に対して本発明を適用する場合を説明する。図９は、第３実施形態の超音波センサ１０の基本概念を示している。また、図１０は、図９の超音波センサ１０の内部構成をブロック図により示している。図９において、第１実施形態（第２実施形態）の超音波センサ１０との違いは、図１の送受一体型の超音波素子１２に代え、送波用超音波素子１２ａと受波用超音波素子１２ｂとを筐体１１に取り付けた点である。図９において、筐体１１及び測定対象物１３については図１と同様である。また、送波用超音波素子１２ａ及び受波用超音波素子１２ｂは、第１実施形態と同様、例えば、それぞれ圧電素子によって構成される。送波用超音波素子１２ａ及び受波用超音波素子１２ｂの各センサ面は同方向を向き、送信信号に対応する超音波が送波用超音波素子１２ａから送波され、測定対象物１３によって反射された反射波Ｗａが受波用超音波素子１２ｂによって受波される。
【００５７】
一方、図９においては、図１とは異なり、送波用超音波素子１２ａから送波され受波用超音波素子１２ｂによって受波される直達波Ｗｃが存在する。第３実施形態においては、超音波センサ１０の近傍では、筐体１１からの反射波も存在するが、上述の直達波Ｗｃの強度が支配的である。この直達波Ｗｃについても測定対象物１３までの距離Ｄａに比べて距離が十分に短い。よって、第３実施形態では、第１実施形態の反射波Ｗｂと同様の観点から、超音波センサ１０の校正時に直達波Ｗｃを積極的に利用して、駆動周波数を設定する点に特徴がある。
【００５８】
次に図１０は、第３実施形態の超音波センサ１０の内部構成の具体例を示している。図１０に示すように、第３実施形態の超音波センサ１０は、第１実施形態の図２とほぼ共通であり、図９で説明したように、送波用超音波素子１２ａと受波用超音波素子１２ｂがそれぞれ設けられている点のみが異なる。送波用超音波素子１２ａは、１対の端子電極が送信増幅回路２０のみに接続され、受波用超音波素子１２ｂは、１対の端子電極が受信増幅回路２１のみに接続される。その他の構成要素については、図２と同様であるため、説明を省略する。
【００５９】
また、第３実施形態において、図１０の超音波センサ１０の動作波形及び校正時の制御については、第１及び第２実施形態の図３〜図８と基本的に共通であるため、その説明を省略する。例えば、図４の時間範囲Ｔｂにおける波形（上段及び下段）の筐体１１からの反射波Ｗｂに対応する受信信号は、直達波Ｗｃに対応する受信信号に置き換えて考えればよい。なお、第３実施形態では、送波用超音波素子１２ａと受波用超音波素子１２ｂが分離されているため、図４の波形（上段）の時間０の近傍における送信系から受信系への回り込みを抑制することができる。以上のように、第３実施形態の超音波センサ１０においても、第１実施形態の場合と同様の効果を享受することができる。また、第１実施形態において説明したように、超音波センサ１０に温度センサや無線通信手段を設ける変形例は第３実施形態に対しても同様に適用可能である。
【００６０】
［第４実施形態］
第４実施形態では、第１〜第３実施形態において、駆動周波数の校正時に用いる校正用反射板を具備する超音波センサ１０に対して本発明を適用する場合を説明する。図１１は、第４実施形態の超音波センサ１０の基本概念を示している。図１１において、図１の超音波センサ１０との違いは、図１の超音波センサ１０から距離Ｄｘを隔てた位置に校正用反射板１４（校正対象物）を取り付け可能な点である。図１１の例では、超音波センサ１０の一端に取り付けられた取り付け部材１４ａにより校正用反射板１４が取り付けられているので、距離Ｄｘを正確に保つことができる。この距離Ｄｘは、測定対象物までの距離Ｄａ（図１）より短いので、校正用反射板１４の反射波に対応する受信信号Ｗｘを受信するまでの時間は相対的に短く、かつ受信レベルは相対的に大きい。よって、受信増幅回路２１において受信信号が飽和しやすく、図６又は図８の処理を適用し、校正時に受信信号を非飽和とすることにより十分な効果を得ることができる。なお、第４実施形態において、第１及び第２実施形態の図２〜図８を用いて説明した内容は基本的に共通であるため、その説明を省略する。
【００６１】
以上、４つの実施形態に基づき本発明の内容を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で多様な変更を施すことができる。例えば、図２及び図１０に示す超音波センサ１０の内部構成は一例であって、多様な回路構成によって同様の機能を実現することができる。また、図６及び図８に示すフローチャートについても、超音波センサ１０の校正を実行するための多様な手順を想定することができる。その他の点についても上記各実施形態により本発明の内容が限定されるものではなく、本発明の作用効果を得られる限り、上記各実施形態に開示した内容には限定されることなく適宜に変更可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１０…超音波センサ
１１…筐体
１２…超音波素子
１２ａ…送波用超音波素子
１２ｂ…受波用超音波素子
１３…測定対象物
１４…校正用反射板
１４ａ…取り付け部材
２０…送信増幅回路
２１…受信増幅回路
２２…検波回路
２３…積分回路
２４…コンパレータ
２５…ピーク検出回路
３０…信号処理部
３１…駆動周波数設定部
３２…受信処理部
３３…感度ピーク算出部
４０、４１、５０、５１…増幅器
５２…減衰器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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